モータ内蔵自転車用ハブ
【課題】モータ内蔵自転車用ハブにおいて、フレーム取付部分のハブ軸方向長さを可及的に短くする。
【解決手段】モータ内蔵ハブ１０は、ハブ軸１５とモータケース１７とを備えている。モータケース１７は、フロントフォーク１０３ａを受け入れ可能な凹部３２ａを有し、モータを収容する。このモータ内蔵ハブでは、自転車の前フレームを受け入れ可能な凹部３２ａをモータケースが有している。ここでは、凹部に、フレームのたとえば、車輪が装着されるフロントフォークの先端部を配置可能である。このため、凹部の周囲に空間を形成することができ、その空間を利用して電装品等を収納できる。
【解決手段】モータ内蔵ハブ１０は、ハブ軸１５とモータケース１７とを備えている。モータケース１７は、フロントフォーク１０３ａを受け入れ可能な凹部３２ａを有し、モータを収容する。このモータ内蔵ハブでは、自転車の前フレームを受け入れ可能な凹部３２ａをモータケースが有している。ここでは、凹部に、フレームのたとえば、車輪が装着されるフロントフォークの先端部を配置可能である。このため、凹部の周囲に空間を形成することができ、その空間を利用して電装品等を収納できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自転車用ハブ、特に、自転車の車輪のハブを構成するモータ内蔵自転車用ハブに関する。
【背景技術】
【０００２】
自転車において、人力による駆動力をモータにより補助するアシスト自転車が従来知られている。アシスト自転車には、車輪にモータが設けられているモータ内蔵ハブを採用しているものがある。従来のモータ内蔵ハブにおいて、モータを駆動する、たとえばインバータ等のモータ制御回路が内部に配置されているものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
従来のモータ内蔵ハブは、ハブ軸と、ハブ軸の第１端側に固定された第１ケース部材と、ハブ軸の第２端側および第１ケース部材に回転自在に装着された第２ケース部材と、コイルを有するロータと、第１ケース部材に固定された磁石と、を有している。第１ケース部材はロータを挟んで第２ケース部材の内部にも配置されている。モータ制御回路は、ロータを挟んで配置された第２ケース部材の内部で第１ケース部材に収納されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−０９５１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記従来の構成では、モータ制御回路がハブの内部に配置されているため、モータ内蔵ハブのフレーム取付部分のハブ軸方向長さが長くなる。モータ内蔵ハブのフレーム取付部分のハブ軸方向長さが長くなると、既存のフレームにモータ内蔵ハブを取り付けることができず、モータ内蔵ハブを装着するための専用のフレームが必要になる。
【０００６】
本発明の課題は、モータ内蔵自転車用ハブにおいて、フレーム取付部分のハブ軸方向長さを可及的に短くすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明１に係るモータ内蔵自転車用ハブは、自転車の車輪のハブを構成する自転車用モータ内蔵ハブである。ハブ軸と、モータケースと、を備えている。モータケースは、フレームを受け入れ可能な凹部を有し、モータを収容する。このため、凹部の周囲においてモータケース内に空間を形成することができ、その空間を利用して電装品またはモータの一部等を収納できる。このため、モータ内蔵ハブのフレーム取付部分のハブ軸方向長さを可及的に短くすることができる。
【０００８】
発明２に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明１に係るモータ内蔵自転車用ハブにおいて、凹部は、自転車の前フレームの一部であるフロントフォークの先端部分を受け入れ可能である。
【０００９】
この場合には、後輪のチェーンステイを凹部に受け入れる場合よりも、凹部を小さく形成することができるので、凹部の周囲においてモータケース内に大きな空間を形成できる。
【００１０】
発明３に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明１又は２に係るモータ内蔵自転車用ハブにおいて、モータ制御回路をさらに備える。モータケースは、凹部を形成し、ハブ軸方向外方に膨出して内部に第１空間が形成される膨出部を有する。モータ制御回路は、第１空間に配置される。
【００１１】
この場合には、モータ制御回路をモータ内蔵ハブに設けても、フレーム取付部分のハブ軸方向長さが可及的に短くなる。
【００１２】
発明４に係る自転車用モータ内蔵ハブは、発明１から３のいずれかに係るモータ内蔵自転車ハブにおいて、モータケースは、ハブ軸に回転不能に連結される第１ケース部材と、ハブ軸および第１ケース部材に回転自在に支持され第１ケース部材とで内部に第２空間を形成可能な第２ケース部材とを有する。凹部は、第１ケース部材に設けられる。
【００１３】
この場合には、凹部がハブ軸に回転不能に連結される第１ケース部材に設けられるので、ハブ軸をフレームに固定すると、凹部とフレームとが相対回転しなくなる。
【００１４】
発明５に係る自転車用モータ内蔵ハブは、発明４に係るモータ内蔵自転車ハブにおいて、第１ケース部材は、ハブ軸に回転不能に連結されかつ第２ケース部材を支持するケース本体と、凹部及び膨出部を有し、ケース本体との間で前記第１空間が形成されるカバー部材と、を有する。
【００１５】
この場合には、第１ケース部材が、ケース本体と、凹部を有するカバー部材とで構成されるので、第１空間の形成が容易であり、かつ凹部を形成しやすくなる。
【００１６】
発明６に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明５に係るモータ内蔵自転車ハブにおいて、チューブ部材をさらに備え、カバー部材は、ケース本体の外方に突出し、フロントフォークに沿って配置可能な配線接続部をさらに有し、チューブ部材の一端部は、第２空間の一部に配置され、チューブ部材の他端部は、配線接続部に配置されている。
【００１７】
この場合には、チューブ部材の一端部が第２空間の一部に配置され、他端部がフロントフォークに沿って配置可能な配線接続部に配置されるので、第２空間内の気圧が外気に近い配線接続部内の気圧と同じになり、第２空間内部において、気圧の変動による結露等の不具合を抑制することができる。
【００１８】
発明７に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明３から６のいずれかに係るモータ内蔵自転車ハブにおいて、モータ制御回路は、モータを駆動するためのインバータ回路を有する。
【００１９】
この場合には、モータを駆動するためのインバータ回路が第１空間内に配置されるので、モータとインバータ回路との配線が容易になる。
【００２０】
発明８に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明７に係るモータ内蔵自転車ハブにおいて、インバータ回路は、半導体駆動素子を有する。
【００２１】
この場合には、インバータ回路が有する半導体駆動素子により、モータを駆動する。
【００２２】
発明９に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明８に係るモータ内蔵自転車ハブにおいて、膨出部の内側面と半導体駆動素子との間に配置され、膨出部および半導体駆動素子に接触する放熱部材をさらに備える。
【００２３】
この場合には、放熱部材を介して、たとえば電界効果トランジスタ等の半導体駆動素子で発生する熱を、外気に接触する膨出部に効率よく伝導することができ、半導体駆動素子が過熱してしまうことを抑制することができる。
【００２４】
発明１０に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明３から９のいずれかに係るモータ内蔵自転車ハブにおいて、モータ制御回路は、電力線通信回路を含み、モータケースには、電力線通信回路に電気的に接続される２芯のコネクタが設けられる。
【００２５】
この場合には、モータ内蔵ハブと外部の電装品との間の通信及び電力の供給とを２芯の電力線により行えるので、電装品間の配線の数を少なくすることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、モータケースに設けられる凹部に、フレームのたとえば、車輪が装着されるフロントフォークの先端部を配置可能である。このため、凹部の周囲においてモータケース内に空間を形成することができ、その空間を利用して電装品またはモータの一部等を収納できる。このため、モータ内蔵ハブのフレーム取付部分のハブ軸方向長さを可及的に短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態が採用される自転車の右側面図。
【図２】モータ内蔵ハブの右側面図。
【図３】モータ内蔵ハブの図２の切断面線III−IIIにおける断面図。
【図４】モータ内蔵ハブの左斜視図。
【図５】モータ内蔵ハブの右斜視図。
【図６】モータ内蔵ハブの分解斜視図。
【図７】基板カバーの背面図。
【図８】モータ制御回路の構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
＜自転車の全体構成＞
図１において、本発明の一実施形態を採用した自転車は人力よる駆動をモータ内蔵ハブ１０により補助するアシスト自転車である。自転車は、フレーム体１０２及びフロントフォーク１０３を有するフレーム１０１と、ハンドル部１０４と、駆動部１０５と、前輪１０６ｆと、後輪１０６ｒと、フロントブレーキ装置１０７ｆ及びリアブレーキ装置１０７ｒと、前照灯２３と、尾灯２４と、を備えている。フロントフォーク１０３は、フレーム体１０２の前部に斜めの軸回りに揺動自在に装着されている。フロントフォーク１０３の先端部にモータ内蔵ハブ１０が装着されている。フロントブレーキ装置１０７ｆ及びリアブレーキ装置１０７ｒは、前輪１０６ｆ及び後輪１０６ｒのリム１２１ｆ及び１２１ｒにそれぞれ接触して制動する。
【００２９】
フレーム１０１には、サドル１１１やハンドル部１０４を含む各部が取り付けられている。駆動部１０５は、フレーム体１０２のハンガー部に回転自在に支持されたクランク軸１１６と、クランク軸１１６の両端に固定されたギアクランク１１８ａ及び左クランク（図示せず）と、ギアクランク１１８ａに掛け渡されたチェーン１１９と、後輪１０６ｒのリアハブ１１０に装着されたギア１０９と、フロントディレーラ１０８ｆと、リアディレーラ１０８ｒと、を有している。
【００３０】
フロントディレーラ１０８ｆは、ギアクランク１１８ａに装着された、たとえば３枚のスプロケットのいずれかにチェーン１１９を架け渡すものである。リアディレーラ１０８ｒは、リアハブ１１０に取り付けられた、ギア１０９のたとえば９枚のスプロケットのいずれかにチェーン１１９を架け渡すものである。フロントディレーラ１０８ｆ及びリアディレーラ１０８ｒは、いずれも電動駆動されるものであり、電動アクチュエータと、現在の変速段を検出する段数センサと、これらを制御するディレーラ制御部と、をそれぞれ有している。ハンドルバー１１５には、変速を指示する変速スイッチが設けられ、変速スイッチの操作に応じて、前記ディレーラ制御部が電動アクチュエータを制御する。本実施の形態では、フロントディレーラ１０８ｆ及びリアディレーラ１０８ｒは電動駆動されるが、フロントディレーラ１０８ｆ及びリアディレーラ１０８ｒは変速レバーにワイヤーで連結され、変速レバーによってワイヤーを引っ張ることによって変速駆動される構成であってもよい。
【００３１】
フレーム体１０２の後上部には、リアキャリア１１２が取り付けられている。リアキャリア１１２には、自転車全体の電装品を制御する全体制御部１２を含むリアキャリアユニット１３が装着されている。リアキャリアユニット１３は、モータ内蔵ハブ１０、全体制御部１２及び前照灯２３等の電装品の電源となる蓄電部１４を着脱可能に搭載している。蓄電部１４は、たとえばニッケル水素電池またはリチウムイオン電池等の蓄電池を含んで構成される。蓄電部１４に尾灯２４が一体で取り付けられている。
【００３２】
ハンドル部１０４は、フロントフォーク１０３の上部に固定されたハンドルステム１１４と、ハンドルステム１１４に固定されたバーハンドル型のハンドルバー１１５とを有している。ハンドルバー１１５の両端には、左ブレーキレバー１６ｆ及び右ブレーキレバー１６ｒと、が装着されている。また、ハンドルバー１１５の中央部には、表示ユニット１８と、前照灯２３とが装着されている。表示ユニット１８は、たとえばアシストモード及び回生制動モードなどの動作モードを表示可能である。
【００３３】
＜モータ内蔵ハブ＞
モータ内蔵ハブ１０は、自転車の前輪１０６ｆのハブを構成するものである。モータ内蔵ハブ１０は、フロントフォーク１０３の先端に装着されており、人力による駆動を補助するためのものである。モータ内蔵ハブ１０は、たとえば３相のブラシレスＤＣモータを含んでいる。モータ内蔵ハブ１０は、図２に示すように、ハブ軸１５と、ハブ軸１５に装着されるモータケース１７と、を有している。また、モータ内蔵ハブ１０は、図３に示すように、モータケース１７内に収納されたモータ１１と、モータ制御回路１９と、回転伝達機構２５と、を有している。
【００３４】
＜ハブ軸＞
ハブ軸１５は、たとえば、鋼鉄製であり、フロントフォーク１０３の先端の前爪部１０３ａに両端部が回転不能に装着可能である。ハブ軸１５の両端外周面には、フロントフォーク１０３に固定するためのナット部材５０が螺合する左右１対の第１雄ねじ部１５ａ及び第２雄ねじ部１５ｂが形成されている。また、第１雄ねじ部１５ａ及び第２雄ねじ部１５ｂの外周面には、互いに平行な二面を有する第１係止部１５ｃ及び第２係止部１５ｄが形成されている。第２係止部１５ｄのハブ軸方向内方には、モータケース１７の後述する第１ケース部材３２を回転不能に連結するための回転係止部１５ｅが形成されている。第１雄ねじ部１５ａには、ナット部材５０と、ロックナット５１と、が螺合している。第２雄ねじ部１５ｂには、ナット部材５０と、第１ケース部材３２をハブ軸１５に固定するナット部材５２と、が螺合している。ナット部材５０の軸方向内方には、第１係止部１５ｃ及び第２係止部１５ｄに各別に回転不能に係合し、かつフロントフォーク１０３の装着溝１０３ｂに係合してハブ軸１５を回り止めするための回り止めワッシャ５４が装着されている。
【００３５】
また、第１雄ねじ部１５ａのハブ軸方向内方には、モータケース１７の後述する第２ケース部材３４の第２端を回転自在に支持する第２軸受３１が螺合する第３雄ねじ部１５ｆが形成されている。ハブ軸１５の中間部分は、第１雄ねじ部１５ａ及び第２雄ねじ部１５ｂより大径である。
【００３６】
＜モータケース＞
図２、図３，図４、図５及び図６に示すように、モータケース１７は、ハブ軸１５に回転不能に連結される第１ケース部材３２と、第１ケース部材３２に第１端（図３右端）が、ハブ軸１５に第２端（図３左端）がそれぞれ回転自在に支持される第２ケース部材３４と、を有している。第２ケース部材３４は、たとえばアルミニウム合金によって形成される。第１ケース部材３２は、外側面に形成されフロントフォーク１０３の先端部を受け入れ可能な凹部３２ａと、凹部３２ａを形成し、ハブ軸方向外方に膨出する膨出部３２ｂと、を有している。膨出部３２ｂの内部には第１空間３２ｃが形成されている。第２ケース部材３４と第１ケース部材３２とで内部に第２空間３４ａが形成される。
【００３７】
第１ケース部材３２は、ハブ軸１５に回転不能に装着されるケース本体３６と、ケース本体３６の外側面に複数本（たとえば、５本）の取付ボルト３７により固定されるカバー部材３８と、を有している。カバー部材３８とケース本体３６との間には、第１空間３２ｃが形成される。ケース本体３６およびカバー部材３８は、たとえばアルミニウム合金によって形成される。
【００３８】
ケース本体３６は、ハブ軸１５に回転不能に連結される第１ボス部３６ａと、第１ボス部３６ａと一体形成される第１円板部３６ｂと、第１円板部３６ｂの外周部から第２ケース部材３４に向かって延びる筒状の第１円筒部３６ｃと、を有している。第１ボス部３６ａの内周面には、ハブ軸１５の回転係止部１５ｅに回転不能に連結される非円形の連結孔３６ｄが形成されている。第１円板部３６ｂの外側面は概ね平坦面である。この外側面にハブ軸１５方向外方に突出して形成された複数の取付ボス３６ｅが形成される。前記取付けボス３６ｅに取付ボルト５３によってモータ制御回路１９が固定されている。第１円筒部３６ｃの外周面には、第２ケース部材３４の第１端を回転自在に支持する、たとえば玉軸受の形態の第１軸受３０の内輪３０ａが装着されている。第１軸受３０の外側には、第１円筒部３６ｃと外輪３０ｂとの間をシールするシール部材３０ｃが配置されている。また、外輪３０ｂと第２ケース部材３４との間には、シール用のＯリング６０が配置されている。さらに第１ボス部３６ａの内周部とハブ軸１５との間には、シール用のＯリング６１が配置されている。これにより、第１ケース部材３２の外側から第２ケース部材３４内の第２空間３４ａに異物が侵入しにくくなる。
【００３９】
カバー部材３８は、外側面に前述した凹部３２ａ及び膨出部３２ｂを有している。カバー部材３８の内側面において、カバー部材３８とケース本体３６との間には、モータ制御回路１９が配置される第１空間３２ｃへの液体の浸入を抑制するシール部材６２が配置されている。シール部材６２は、カバー部材３８の内側面において、凹部３２ａの外側及び膨出部３２ｂの外周部に配置されている。シール部材６２は、防水性および弾発性を有するゴムなどによって形成される。シール部材６２は、図３及び図６に示すように、ケース本体３６の第１円板部３６ｂの外側面に形成されたシール溝３６ｆに装着されている。
【００４０】
凹部３２ａは、図２及び図４に示すように、概ねＵ字状に凹んで形成されており、本実施の形態では、ハブ軸１５が貫通する中心部から僅かに先広がりに概ねＵ字状に凹んで形成されている。凹部３２ａは様々な形状のフロントフォークを挿入可能にするために、通常のフロントフォークの先端の形状より僅かに幅広に形成されている。
【００４１】
膨出部３２ｂの内部に、ケース本体３６とカバー部材３８とによって形成される第１空間３２ｃは、概ね馬蹄形状となっている。第１空間３２ｃには、第１円板部３６ｂに固定されたモータ制御回路１９が配置されている。膨出部３２ｂの内側面には、モータ制御回路１９のシート装着溝３２ｄが形成されている。シート装着溝３２ｄは、複数の半導体駆動素子（特に、後述する電界効果トランジスタ４４）に臨む位置に設けられ、放熱部材である放熱シート８０を位置決めして装着するための溝である。シート装着溝３２ｄは、放熱シート８０と同様の形状に形成されている。
【００４２】
凹部３２ａの一方の縁部には、配線接続部３８ａがケース本体３６の周方向外方に突出して形成されている。配線接続部３８ａは膨出部３２ｂよりもハブ軸方向に僅かに凹んで形成されている。配線接続部３８ａは、モータ制御回路１９と全体制御部１２及び蓄電部１４とを接続する２芯の電力線７０（図７）を外部に取り出すために設けられている。配線接続部３８ａは、電力線７０を接続可能なコネクタ４１を有している。なお、この実施形態では、電力線７０は、ＰＬＣ（電力線通信Power Line Communications）により、電源の供給と信号の通信とを行えるように構成されている。配線接続部３８ａの先端には、コネクタ４１（図７）が設けられている。コネクタ４１は、たとえば、２芯の雌コネクタである。
【００４３】
配線接続部３８ａは、図１に示すように、フロントフォーク１０３の後部に近接してフロントフォーク１０３に沿って配置されるように形成されている。配線接続部３８ａには、第１空間３２ｃに連通する第３空間３８ｂが形成されている。図７に示すように、第３空間３８ｂには、隔壁３８ｃにより仕切られた調整空間３８ｄが形成されている。調整空間３８ｄには、チューブ部材である気圧調整チューブ６３の先端部（他端部）が配置されている。気圧調整チューブ６３は、第２空間３４ａ内の気圧を調整するために設けられている。気圧調整チューブ６３は、第１空間３２ｃを通って第２空間３４ａに基端部（一端部）が配置されている。配線接続部３８ａの電力線７０が通る第３空間３８ｂには、封止剤６４が充填されている。封止剤６４は、防水性および絶縁性をする樹脂からなり、たとえばシリコン樹脂を含む。配線接続部３８ａの内側面は、図５に示すように、ねじ４９により配線接続部３８ａに固定された蓋部材３９により塞がれている。蓋部材３９と配線接続部３８ａとの間にはシール部材が配置されておらず、調整空間３８ｄには封止剤６４が充填されていない。このため、調整空間３８ｄ内に外気を導入可能であり、調整空間３８ｄの気圧は、外気と同じ気圧に維持される。したがって、気圧調整チューブ６３により第２空間３４ａも外気と同じ気圧に保たれる。これにより、第２空間３４ａ内の気圧の変動による結露等の不具合が生じにくくなる。
【００４４】
第２ケース部材３４は、通常の自転車用ハブのハブシェルに類似する構造であり、有底筒状の部材である。第２ケース部材３４は、第２軸受３１に支持される第２ボス部３４ｂと、第２ボス部３４ｂと一体形成された第２円板部３４ｃと、第２円板部３４ｃの外周部からハブ軸方向内方に筒状に延びる第２円筒部３４ｄと、を有している。
【００４５】
第２ボス部３４ｂの内周面には、ハブ軸１５との間に第２軸受３１が装着されている。第２軸受３１は、内輪３１ａがハブ軸１５に形成された第３雄ねじ部１５ｆに螺合して軸方向位置を調整可能である。調整後の内輪３１ａは、ロックナット５１により回り止めされる。外輪３１ｂは、第２ボス部３４ｂの内周面に装着されている。第２軸受３１の外側には、第２ボス部３４ｂと内輪３１ａとの間をシールするシール部材３１ｃが配置されている。また、内輪３１ａの内周面とハブ軸１５の外周面との間にはＯリング６５が配置されている。これにより、第２ケース部材３４の第２端側から第２空間３４ａに異物が侵入しにくくなる。
【００４６】
第２円筒部３４ｄは、第１円筒部３６ｃの外周側に配置されている。第２円筒部３４ｄの第１端側内周面に第１軸受３０の外輪３０ｂが装着されている。第２円筒部３４ｄの外周面には、前輪１０６ｆのリム１２１ｆとモータ内蔵ハブ１０とをスポーク１２２により連結するための第１ハブフランジ４０ａ及び第２ハブフランジ４０ｂがハブ軸方向の両端部に間隔を隔てて形成されている。
【００４７】
第１空間３２ｃと第２空間３４ａとの間に第１円板部３６ｂが設けられているので、第１空間３２ｃに収容されるモータ制御回路１９がグリース等によって汚染されにくい。
【００４８】
＜モータ制御回路＞
図８に示すように、モータ制御回路１９は、蓄電部１４から供給された直流をスイッチングして交流に変換するインバータ回路１９ａと、電力線通信回路１９ｂと、回転センサ１９ｃと、を有している。インバータ回路１９ａは、デューティ比を変化させてモータ内蔵ハブ１０の駆動力を変化させるともに、モータ内蔵ハブ１０を発電機として使用するときの回生制動力を変化させる。インバータ回路１９ａは、固定子２２に接続されている。電力線通信回路１９ｂは、電力線７０を介して他の電装品と通信するための回路である。電力線通信回路１９ｂは、コネクタ４１に電気的に接続されている。回転位置センサ１９ｃは、前記スイッチングの周波数からモータ内蔵ハブ１０の回転および回転速度の少なくともいずれかを検出する。
【００４９】
インバータ回路１９ａは、図６及び図８に示すように、ケース本体３６の外側面に固定される回路基板４２に搭載される複数（たとえば６つ）の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４４を有している。複数の電界効果トランジスタ４４は、放熱シート８０に接触して配置されている。これによって電界効果トランジスタ４４で発生した熱の一部を、放熱シート８０を介してカバー部材３８に伝導させて、カバー部材３８から外部に熱を放出可能である。
【００５０】
電力線通信回路１９ｂは、図６に示すように、回路基板４２に搭載されている。電力線通信回路１９ｂは、電力に重畳される制御信号を復号及び変調する信号処理機能等を有する信号処理素子４５を有している。回転位置センサ１９ｃは、回路基板４２に搭載された演算素子４６を有している。回路基板４２は、複数本（たとえば、７本）の取付ボルト５３によりケース本体３６の外側面に突出して形成されたボス部３６ｅに固定されている。回路基板４２は、略Ｕ字または略Ｃ字形状に形成されている。
【００５１】
＜モータ＞
モータ１１は、回転子２１と、回転子２１の外周側に回転子２１と対向して配置される固定子２２と、を有している。
【００５２】
回転子２１は、第２空間３４ａ内に配置され、ハブ軸１５に回転自在に支持されている。回転子２１は、たとえば周方向に複数の磁極を有する図示しない磁石と磁石を保持する磁石保持部とを有している。磁石保持部は、ハブ軸方向に間隔を隔てて配置された２つの軸受６６によりハブ軸１５に回転自在に支持されている。
【００５３】
固定子２２は、第２空間３４ａ内で回転子２１の外周側に配置されている。固定子２２は、ケース本体３６の第１円筒部３６ｃの内周面に固定され、周方向に間隔を隔てて配置された図示しない複数（たとえば６つ）のコイルを有している。複数のコイルは、モータ制御回路１９のインバータ回路１９ａの電界効果トランジスタ４４によりスイッチングされた交流により順次励磁され、回転子２１を自転車の進行方向に回転させる。
【００５４】
＜回転伝達機構＞
回転伝達機構２５は、回転子２１の回転を第２ケース部材３４に伝達し、前輪１０６ｆの回転を回転子２１に伝達する。回転伝達機構２５は、遊星歯車機構４８を有している。遊星歯車機構４８は、太陽ギア４８ａと、太陽ギア４８ａの外周側に配置された内歯ギア４８ｂと、太陽ギア４８ａと内歯ギア４８ｂとに噛み合う複数（たとえば３つ）の遊星ギア４８ｃと、を有している。太陽ギア４８ａは、回転子２１に固定されている。内歯ギア４８ｂはケース本体３６に設けられている。複数の遊星ギア４８ｃは、キャリア４８ｄによって回転可能に支持されている。各遊星ギア４８ｃは、歯数の異なる２つの第１および第２のギア部を有する。第１のギア部は、太陽ギア４８ａに噛み合い、第２のギア部は、歯ギア４８ｂに噛み合っている。キャリア４８ｄは、第２ケース部材３４の第２円板部３４ｃの内側面に固定されている。この遊星歯車機構４８では、ケース本体３６に設けられた内歯ギア４８ｂがハブ軸１５に回転不能に固定されるため、回転子２１が連結された太陽ギア４８ａの回転が減速して第２ケース部材３４に伝達される。
【００５５】
＜モータ内蔵ハブの組み込み手順＞
モータ内蔵ハブ１０をフロントフォーク１０３に組み込む際には、フロントフォーク１０３の先端の前爪部１０３ａの装着溝１０３ｂにハブ軸１５を装着する。このときフロントフォーク１０３の先端部をモータ内蔵ハブ１０の第１ケース部材３２のカバー部材３８に凹んだ凹部３２ａに配置することができるので、モータケース１７のフロントフォーク１０３への装着部分間の長さが長くならない。また、凹部３２ａの径方向外方に膨出部３２ｂを設け、膨出部３２ｂ内にモータ制御回路１９を設けるので、モータ制御回路１９を内部に設けてもフロントフォーク１０３への装着部分間のモータ内蔵自転車用ハブの長さが長くならない。このため、既存のハブ取付幅のフロントフォーク１０３に装着可能なモータ内蔵ハブ１０を設計しやすい。
【００５６】
ハブ軸１５を装着溝１０３ｂに装着すると、その両端からナット部材５０を装着するとともに、回り止めワッシャ５４を装着溝１０３ｂに係合させてハブ軸１５を回り止めする。この状態でナット部材５０を締め込むとモータ内蔵ハブ１０がフロントフォーク１０３に固定される。
【００５７】
＜他の実施形態＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００５８】
（ａ）前記実施形態では、ブラシレスＤＣモータを例示したが、コイルが回転するブラシ付きモータにも本発明を適用できる。この場合、回生駆動機能及び周波数変調によりモータを駆動するモータ制御回路を膨出部に設けてもよい。
【００５９】
（ｂ）前記実施形態では、モータ内蔵ハブ１０にハブブレーキ装置の連結構造を設けていないが、連結構造を設けてもよい。たとえば、ローラブレーキのドラム又はディスクブレーキ用のロータを一体回転可能に連結可能な連結構造を第２ボス部３４ｂの外周面に設けてもよい。
【００６０】
（ｃ）前記実施形態では、前輪１０６ｆに装着可能なモータ内蔵ハブ１０を例示したが、本発明はこれに限定されない。たとえば後輪１０６ｒに装着可能なモータ内蔵ハブにも本発明を適用できる。この場合、凹部の形状をチェーンステイとシートステイとの連結部分を受け入れ可能な形状にすればよい。
【００６１】
（ｄ）前記実施形態では、第１ケース部材３２をケース本体３６とカバー部材３８とで構成した。しかし、本発明はこれに限定されず、第１ケース部材を一体で形成してもよい。この場合、一体の第１ケース部材の外側面に凹部と膨出部とが形成される。たとえば、第１ケース部材の内部に別体の隔壁を設けて、第１空間と第２空間とを形成してもよく、前記隔壁を設けない構成としてもよい。
【００６２】
（ｅ）モータ１１の機械的な構成は、上記構成に限定されない。たとえば前記実施形態では、インナーロータのモータであるが、アウターロータのモータであってもよい。
【００６３】
（ｆ）前記実施形態では、回転伝達機構として遊星歯車機構を備えているが、遊星歯車機構を用いず、回転子２１が第２ケース部材３４に直接接続される構成であってもよい。また遊星歯車機構は、回転子２１の回転を減速する構成であればよく、上記の構成に限定されない。
【００６４】
（ｇ）前記実施形態では、アシスト自転車は外装変速機を有する構成であるが、内装変速機を有する構成であってもよく、変速機を備えない構成であってもよく、本システムはあらゆるアシスト自転車に適用することができる。
【００６５】
（ｈ）前記実施形態では、１枚の放熱シート８０が複数の電界効果トランジスタ４４に接触しているが、複数の放熱シート８０を複数の電界効果トランジスタ４４に個別に接触させる構成としてもよい。また放熱シート８０は、電子基板４２に搭載される電界効果トランジスタ４４を除く電子部品にも接触するように設けられてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１０ モータ内蔵ハブ
１５ ハブ軸
１７ モータケース
１９ モータ制御回路
１９ａ インバータ回路
１９ｂ 電力線通信回路
３２ａ 凹部
３２ｂ 膨出部
３２ｃ 第１空間
３４ 第２ケース部材
３４ａ 第２空間
３６ ケース本体
３８ カバー部材
３８ａ 配線接続部
４１ コネクタ
４４ 電界効果トランジスタ（半導体駆動素子の一例）
６３ 気圧調整チューブ（チューブ部材の一例）
８０ 放熱シート（放熱部材の一例）
１０１ フレーム
１０３ フロントフォーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自転車用ハブ、特に、自転車の車輪のハブを構成するモータ内蔵自転車用ハブに関する。
【背景技術】
【０００２】
自転車において、人力による駆動力をモータにより補助するアシスト自転車が従来知られている。アシスト自転車には、車輪にモータが設けられているモータ内蔵ハブを採用しているものがある。従来のモータ内蔵ハブにおいて、モータを駆動する、たとえばインバータ等のモータ制御回路が内部に配置されているものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
従来のモータ内蔵ハブは、ハブ軸と、ハブ軸の第１端側に固定された第１ケース部材と、ハブ軸の第２端側および第１ケース部材に回転自在に装着された第２ケース部材と、コイルを有するロータと、第１ケース部材に固定された磁石と、を有している。第１ケース部材はロータを挟んで第２ケース部材の内部にも配置されている。モータ制御回路は、ロータを挟んで配置された第２ケース部材の内部で第１ケース部材に収納されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−０９５１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記従来の構成では、モータ制御回路がハブの内部に配置されているため、モータ内蔵ハブのフレーム取付部分のハブ軸方向長さが長くなる。モータ内蔵ハブのフレーム取付部分のハブ軸方向長さが長くなると、既存のフレームにモータ内蔵ハブを取り付けることができず、モータ内蔵ハブを装着するための専用のフレームが必要になる。
【０００６】
本発明の課題は、モータ内蔵自転車用ハブにおいて、フレーム取付部分のハブ軸方向長さを可及的に短くすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明１に係るモータ内蔵自転車用ハブは、自転車の車輪のハブを構成する自転車用モータ内蔵ハブである。ハブ軸と、モータケースと、を備えている。モータケースは、フレームを受け入れ可能な凹部を有し、モータを収容する。このため、凹部の周囲においてモータケース内に空間を形成することができ、その空間を利用して電装品またはモータの一部等を収納できる。このため、モータ内蔵ハブのフレーム取付部分のハブ軸方向長さを可及的に短くすることができる。
【０００８】
発明２に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明１に係るモータ内蔵自転車用ハブにおいて、凹部は、自転車の前フレームの一部であるフロントフォークの先端部分を受け入れ可能である。
【０００９】
この場合には、後輪のチェーンステイを凹部に受け入れる場合よりも、凹部を小さく形成することができるので、凹部の周囲においてモータケース内に大きな空間を形成できる。
【００１０】
発明３に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明１又は２に係るモータ内蔵自転車用ハブにおいて、モータ制御回路をさらに備える。モータケースは、凹部を形成し、ハブ軸方向外方に膨出して内部に第１空間が形成される膨出部を有する。モータ制御回路は、第１空間に配置される。
【００１１】
この場合には、モータ制御回路をモータ内蔵ハブに設けても、フレーム取付部分のハブ軸方向長さが可及的に短くなる。
【００１２】
発明４に係る自転車用モータ内蔵ハブは、発明１から３のいずれかに係るモータ内蔵自転車ハブにおいて、モータケースは、ハブ軸に回転不能に連結される第１ケース部材と、ハブ軸および第１ケース部材に回転自在に支持され第１ケース部材とで内部に第２空間を形成可能な第２ケース部材とを有する。凹部は、第１ケース部材に設けられる。
【００１３】
この場合には、凹部がハブ軸に回転不能に連結される第１ケース部材に設けられるので、ハブ軸をフレームに固定すると、凹部とフレームとが相対回転しなくなる。
【００１４】
発明５に係る自転車用モータ内蔵ハブは、発明４に係るモータ内蔵自転車ハブにおいて、第１ケース部材は、ハブ軸に回転不能に連結されかつ第２ケース部材を支持するケース本体と、凹部及び膨出部を有し、ケース本体との間で前記第１空間が形成されるカバー部材と、を有する。
【００１５】
この場合には、第１ケース部材が、ケース本体と、凹部を有するカバー部材とで構成されるので、第１空間の形成が容易であり、かつ凹部を形成しやすくなる。
【００１６】
発明６に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明５に係るモータ内蔵自転車ハブにおいて、チューブ部材をさらに備え、カバー部材は、ケース本体の外方に突出し、フロントフォークに沿って配置可能な配線接続部をさらに有し、チューブ部材の一端部は、第２空間の一部に配置され、チューブ部材の他端部は、配線接続部に配置されている。
【００１７】
この場合には、チューブ部材の一端部が第２空間の一部に配置され、他端部がフロントフォークに沿って配置可能な配線接続部に配置されるので、第２空間内の気圧が外気に近い配線接続部内の気圧と同じになり、第２空間内部において、気圧の変動による結露等の不具合を抑制することができる。
【００１８】
発明７に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明３から６のいずれかに係るモータ内蔵自転車ハブにおいて、モータ制御回路は、モータを駆動するためのインバータ回路を有する。
【００１９】
この場合には、モータを駆動するためのインバータ回路が第１空間内に配置されるので、モータとインバータ回路との配線が容易になる。
【００２０】
発明８に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明７に係るモータ内蔵自転車ハブにおいて、インバータ回路は、半導体駆動素子を有する。
【００２１】
この場合には、インバータ回路が有する半導体駆動素子により、モータを駆動する。
【００２２】
発明９に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明８に係るモータ内蔵自転車ハブにおいて、膨出部の内側面と半導体駆動素子との間に配置され、膨出部および半導体駆動素子に接触する放熱部材をさらに備える。
【００２３】
この場合には、放熱部材を介して、たとえば電界効果トランジスタ等の半導体駆動素子で発生する熱を、外気に接触する膨出部に効率よく伝導することができ、半導体駆動素子が過熱してしまうことを抑制することができる。
【００２４】
発明１０に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明３から９のいずれかに係るモータ内蔵自転車ハブにおいて、モータ制御回路は、電力線通信回路を含み、モータケースには、電力線通信回路に電気的に接続される２芯のコネクタが設けられる。
【００２５】
この場合には、モータ内蔵ハブと外部の電装品との間の通信及び電力の供給とを２芯の電力線により行えるので、電装品間の配線の数を少なくすることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、モータケースに設けられる凹部に、フレームのたとえば、車輪が装着されるフロントフォークの先端部を配置可能である。このため、凹部の周囲においてモータケース内に空間を形成することができ、その空間を利用して電装品またはモータの一部等を収納できる。このため、モータ内蔵ハブのフレーム取付部分のハブ軸方向長さを可及的に短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態が採用される自転車の右側面図。
【図２】モータ内蔵ハブの右側面図。
【図３】モータ内蔵ハブの図２の切断面線III−IIIにおける断面図。
【図４】モータ内蔵ハブの左斜視図。
【図５】モータ内蔵ハブの右斜視図。
【図６】モータ内蔵ハブの分解斜視図。
【図７】基板カバーの背面図。
【図８】モータ制御回路の構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
＜自転車の全体構成＞
図１において、本発明の一実施形態を採用した自転車は人力よる駆動をモータ内蔵ハブ１０により補助するアシスト自転車である。自転車は、フレーム体１０２及びフロントフォーク１０３を有するフレーム１０１と、ハンドル部１０４と、駆動部１０５と、前輪１０６ｆと、後輪１０６ｒと、フロントブレーキ装置１０７ｆ及びリアブレーキ装置１０７ｒと、前照灯２３と、尾灯２４と、を備えている。フロントフォーク１０３は、フレーム体１０２の前部に斜めの軸回りに揺動自在に装着されている。フロントフォーク１０３の先端部にモータ内蔵ハブ１０が装着されている。フロントブレーキ装置１０７ｆ及びリアブレーキ装置１０７ｒは、前輪１０６ｆ及び後輪１０６ｒのリム１２１ｆ及び１２１ｒにそれぞれ接触して制動する。
【００２９】
フレーム１０１には、サドル１１１やハンドル部１０４を含む各部が取り付けられている。駆動部１０５は、フレーム体１０２のハンガー部に回転自在に支持されたクランク軸１１６と、クランク軸１１６の両端に固定されたギアクランク１１８ａ及び左クランク（図示せず）と、ギアクランク１１８ａに掛け渡されたチェーン１１９と、後輪１０６ｒのリアハブ１１０に装着されたギア１０９と、フロントディレーラ１０８ｆと、リアディレーラ１０８ｒと、を有している。
【００３０】
フロントディレーラ１０８ｆは、ギアクランク１１８ａに装着された、たとえば３枚のスプロケットのいずれかにチェーン１１９を架け渡すものである。リアディレーラ１０８ｒは、リアハブ１１０に取り付けられた、ギア１０９のたとえば９枚のスプロケットのいずれかにチェーン１１９を架け渡すものである。フロントディレーラ１０８ｆ及びリアディレーラ１０８ｒは、いずれも電動駆動されるものであり、電動アクチュエータと、現在の変速段を検出する段数センサと、これらを制御するディレーラ制御部と、をそれぞれ有している。ハンドルバー１１５には、変速を指示する変速スイッチが設けられ、変速スイッチの操作に応じて、前記ディレーラ制御部が電動アクチュエータを制御する。本実施の形態では、フロントディレーラ１０８ｆ及びリアディレーラ１０８ｒは電動駆動されるが、フロントディレーラ１０８ｆ及びリアディレーラ１０８ｒは変速レバーにワイヤーで連結され、変速レバーによってワイヤーを引っ張ることによって変速駆動される構成であってもよい。
【００３１】
フレーム体１０２の後上部には、リアキャリア１１２が取り付けられている。リアキャリア１１２には、自転車全体の電装品を制御する全体制御部１２を含むリアキャリアユニット１３が装着されている。リアキャリアユニット１３は、モータ内蔵ハブ１０、全体制御部１２及び前照灯２３等の電装品の電源となる蓄電部１４を着脱可能に搭載している。蓄電部１４は、たとえばニッケル水素電池またはリチウムイオン電池等の蓄電池を含んで構成される。蓄電部１４に尾灯２４が一体で取り付けられている。
【００３２】
ハンドル部１０４は、フロントフォーク１０３の上部に固定されたハンドルステム１１４と、ハンドルステム１１４に固定されたバーハンドル型のハンドルバー１１５とを有している。ハンドルバー１１５の両端には、左ブレーキレバー１６ｆ及び右ブレーキレバー１６ｒと、が装着されている。また、ハンドルバー１１５の中央部には、表示ユニット１８と、前照灯２３とが装着されている。表示ユニット１８は、たとえばアシストモード及び回生制動モードなどの動作モードを表示可能である。
【００３３】
＜モータ内蔵ハブ＞
モータ内蔵ハブ１０は、自転車の前輪１０６ｆのハブを構成するものである。モータ内蔵ハブ１０は、フロントフォーク１０３の先端に装着されており、人力による駆動を補助するためのものである。モータ内蔵ハブ１０は、たとえば３相のブラシレスＤＣモータを含んでいる。モータ内蔵ハブ１０は、図２に示すように、ハブ軸１５と、ハブ軸１５に装着されるモータケース１７と、を有している。また、モータ内蔵ハブ１０は、図３に示すように、モータケース１７内に収納されたモータ１１と、モータ制御回路１９と、回転伝達機構２５と、を有している。
【００３４】
＜ハブ軸＞
ハブ軸１５は、たとえば、鋼鉄製であり、フロントフォーク１０３の先端の前爪部１０３ａに両端部が回転不能に装着可能である。ハブ軸１５の両端外周面には、フロントフォーク１０３に固定するためのナット部材５０が螺合する左右１対の第１雄ねじ部１５ａ及び第２雄ねじ部１５ｂが形成されている。また、第１雄ねじ部１５ａ及び第２雄ねじ部１５ｂの外周面には、互いに平行な二面を有する第１係止部１５ｃ及び第２係止部１５ｄが形成されている。第２係止部１５ｄのハブ軸方向内方には、モータケース１７の後述する第１ケース部材３２を回転不能に連結するための回転係止部１５ｅが形成されている。第１雄ねじ部１５ａには、ナット部材５０と、ロックナット５１と、が螺合している。第２雄ねじ部１５ｂには、ナット部材５０と、第１ケース部材３２をハブ軸１５に固定するナット部材５２と、が螺合している。ナット部材５０の軸方向内方には、第１係止部１５ｃ及び第２係止部１５ｄに各別に回転不能に係合し、かつフロントフォーク１０３の装着溝１０３ｂに係合してハブ軸１５を回り止めするための回り止めワッシャ５４が装着されている。
【００３５】
また、第１雄ねじ部１５ａのハブ軸方向内方には、モータケース１７の後述する第２ケース部材３４の第２端を回転自在に支持する第２軸受３１が螺合する第３雄ねじ部１５ｆが形成されている。ハブ軸１５の中間部分は、第１雄ねじ部１５ａ及び第２雄ねじ部１５ｂより大径である。
【００３６】
＜モータケース＞
図２、図３，図４、図５及び図６に示すように、モータケース１７は、ハブ軸１５に回転不能に連結される第１ケース部材３２と、第１ケース部材３２に第１端（図３右端）が、ハブ軸１５に第２端（図３左端）がそれぞれ回転自在に支持される第２ケース部材３４と、を有している。第２ケース部材３４は、たとえばアルミニウム合金によって形成される。第１ケース部材３２は、外側面に形成されフロントフォーク１０３の先端部を受け入れ可能な凹部３２ａと、凹部３２ａを形成し、ハブ軸方向外方に膨出する膨出部３２ｂと、を有している。膨出部３２ｂの内部には第１空間３２ｃが形成されている。第２ケース部材３４と第１ケース部材３２とで内部に第２空間３４ａが形成される。
【００３７】
第１ケース部材３２は、ハブ軸１５に回転不能に装着されるケース本体３６と、ケース本体３６の外側面に複数本（たとえば、５本）の取付ボルト３７により固定されるカバー部材３８と、を有している。カバー部材３８とケース本体３６との間には、第１空間３２ｃが形成される。ケース本体３６およびカバー部材３８は、たとえばアルミニウム合金によって形成される。
【００３８】
ケース本体３６は、ハブ軸１５に回転不能に連結される第１ボス部３６ａと、第１ボス部３６ａと一体形成される第１円板部３６ｂと、第１円板部３６ｂの外周部から第２ケース部材３４に向かって延びる筒状の第１円筒部３６ｃと、を有している。第１ボス部３６ａの内周面には、ハブ軸１５の回転係止部１５ｅに回転不能に連結される非円形の連結孔３６ｄが形成されている。第１円板部３６ｂの外側面は概ね平坦面である。この外側面にハブ軸１５方向外方に突出して形成された複数の取付ボス３６ｅが形成される。前記取付けボス３６ｅに取付ボルト５３によってモータ制御回路１９が固定されている。第１円筒部３６ｃの外周面には、第２ケース部材３４の第１端を回転自在に支持する、たとえば玉軸受の形態の第１軸受３０の内輪３０ａが装着されている。第１軸受３０の外側には、第１円筒部３６ｃと外輪３０ｂとの間をシールするシール部材３０ｃが配置されている。また、外輪３０ｂと第２ケース部材３４との間には、シール用のＯリング６０が配置されている。さらに第１ボス部３６ａの内周部とハブ軸１５との間には、シール用のＯリング６１が配置されている。これにより、第１ケース部材３２の外側から第２ケース部材３４内の第２空間３４ａに異物が侵入しにくくなる。
【００３９】
カバー部材３８は、外側面に前述した凹部３２ａ及び膨出部３２ｂを有している。カバー部材３８の内側面において、カバー部材３８とケース本体３６との間には、モータ制御回路１９が配置される第１空間３２ｃへの液体の浸入を抑制するシール部材６２が配置されている。シール部材６２は、カバー部材３８の内側面において、凹部３２ａの外側及び膨出部３２ｂの外周部に配置されている。シール部材６２は、防水性および弾発性を有するゴムなどによって形成される。シール部材６２は、図３及び図６に示すように、ケース本体３６の第１円板部３６ｂの外側面に形成されたシール溝３６ｆに装着されている。
【００４０】
凹部３２ａは、図２及び図４に示すように、概ねＵ字状に凹んで形成されており、本実施の形態では、ハブ軸１５が貫通する中心部から僅かに先広がりに概ねＵ字状に凹んで形成されている。凹部３２ａは様々な形状のフロントフォークを挿入可能にするために、通常のフロントフォークの先端の形状より僅かに幅広に形成されている。
【００４１】
膨出部３２ｂの内部に、ケース本体３６とカバー部材３８とによって形成される第１空間３２ｃは、概ね馬蹄形状となっている。第１空間３２ｃには、第１円板部３６ｂに固定されたモータ制御回路１９が配置されている。膨出部３２ｂの内側面には、モータ制御回路１９のシート装着溝３２ｄが形成されている。シート装着溝３２ｄは、複数の半導体駆動素子（特に、後述する電界効果トランジスタ４４）に臨む位置に設けられ、放熱部材である放熱シート８０を位置決めして装着するための溝である。シート装着溝３２ｄは、放熱シート８０と同様の形状に形成されている。
【００４２】
凹部３２ａの一方の縁部には、配線接続部３８ａがケース本体３６の周方向外方に突出して形成されている。配線接続部３８ａは膨出部３２ｂよりもハブ軸方向に僅かに凹んで形成されている。配線接続部３８ａは、モータ制御回路１９と全体制御部１２及び蓄電部１４とを接続する２芯の電力線７０（図７）を外部に取り出すために設けられている。配線接続部３８ａは、電力線７０を接続可能なコネクタ４１を有している。なお、この実施形態では、電力線７０は、ＰＬＣ（電力線通信Power Line Communications）により、電源の供給と信号の通信とを行えるように構成されている。配線接続部３８ａの先端には、コネクタ４１（図７）が設けられている。コネクタ４１は、たとえば、２芯の雌コネクタである。
【００４３】
配線接続部３８ａは、図１に示すように、フロントフォーク１０３の後部に近接してフロントフォーク１０３に沿って配置されるように形成されている。配線接続部３８ａには、第１空間３２ｃに連通する第３空間３８ｂが形成されている。図７に示すように、第３空間３８ｂには、隔壁３８ｃにより仕切られた調整空間３８ｄが形成されている。調整空間３８ｄには、チューブ部材である気圧調整チューブ６３の先端部（他端部）が配置されている。気圧調整チューブ６３は、第２空間３４ａ内の気圧を調整するために設けられている。気圧調整チューブ６３は、第１空間３２ｃを通って第２空間３４ａに基端部（一端部）が配置されている。配線接続部３８ａの電力線７０が通る第３空間３８ｂには、封止剤６４が充填されている。封止剤６４は、防水性および絶縁性をする樹脂からなり、たとえばシリコン樹脂を含む。配線接続部３８ａの内側面は、図５に示すように、ねじ４９により配線接続部３８ａに固定された蓋部材３９により塞がれている。蓋部材３９と配線接続部３８ａとの間にはシール部材が配置されておらず、調整空間３８ｄには封止剤６４が充填されていない。このため、調整空間３８ｄ内に外気を導入可能であり、調整空間３８ｄの気圧は、外気と同じ気圧に維持される。したがって、気圧調整チューブ６３により第２空間３４ａも外気と同じ気圧に保たれる。これにより、第２空間３４ａ内の気圧の変動による結露等の不具合が生じにくくなる。
【００４４】
第２ケース部材３４は、通常の自転車用ハブのハブシェルに類似する構造であり、有底筒状の部材である。第２ケース部材３４は、第２軸受３１に支持される第２ボス部３４ｂと、第２ボス部３４ｂと一体形成された第２円板部３４ｃと、第２円板部３４ｃの外周部からハブ軸方向内方に筒状に延びる第２円筒部３４ｄと、を有している。
【００４５】
第２ボス部３４ｂの内周面には、ハブ軸１５との間に第２軸受３１が装着されている。第２軸受３１は、内輪３１ａがハブ軸１５に形成された第３雄ねじ部１５ｆに螺合して軸方向位置を調整可能である。調整後の内輪３１ａは、ロックナット５１により回り止めされる。外輪３１ｂは、第２ボス部３４ｂの内周面に装着されている。第２軸受３１の外側には、第２ボス部３４ｂと内輪３１ａとの間をシールするシール部材３１ｃが配置されている。また、内輪３１ａの内周面とハブ軸１５の外周面との間にはＯリング６５が配置されている。これにより、第２ケース部材３４の第２端側から第２空間３４ａに異物が侵入しにくくなる。
【００４６】
第２円筒部３４ｄは、第１円筒部３６ｃの外周側に配置されている。第２円筒部３４ｄの第１端側内周面に第１軸受３０の外輪３０ｂが装着されている。第２円筒部３４ｄの外周面には、前輪１０６ｆのリム１２１ｆとモータ内蔵ハブ１０とをスポーク１２２により連結するための第１ハブフランジ４０ａ及び第２ハブフランジ４０ｂがハブ軸方向の両端部に間隔を隔てて形成されている。
【００４７】
第１空間３２ｃと第２空間３４ａとの間に第１円板部３６ｂが設けられているので、第１空間３２ｃに収容されるモータ制御回路１９がグリース等によって汚染されにくい。
【００４８】
＜モータ制御回路＞
図８に示すように、モータ制御回路１９は、蓄電部１４から供給された直流をスイッチングして交流に変換するインバータ回路１９ａと、電力線通信回路１９ｂと、回転センサ１９ｃと、を有している。インバータ回路１９ａは、デューティ比を変化させてモータ内蔵ハブ１０の駆動力を変化させるともに、モータ内蔵ハブ１０を発電機として使用するときの回生制動力を変化させる。インバータ回路１９ａは、固定子２２に接続されている。電力線通信回路１９ｂは、電力線７０を介して他の電装品と通信するための回路である。電力線通信回路１９ｂは、コネクタ４１に電気的に接続されている。回転位置センサ１９ｃは、前記スイッチングの周波数からモータ内蔵ハブ１０の回転および回転速度の少なくともいずれかを検出する。
【００４９】
インバータ回路１９ａは、図６及び図８に示すように、ケース本体３６の外側面に固定される回路基板４２に搭載される複数（たとえば６つ）の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４４を有している。複数の電界効果トランジスタ４４は、放熱シート８０に接触して配置されている。これによって電界効果トランジスタ４４で発生した熱の一部を、放熱シート８０を介してカバー部材３８に伝導させて、カバー部材３８から外部に熱を放出可能である。
【００５０】
電力線通信回路１９ｂは、図６に示すように、回路基板４２に搭載されている。電力線通信回路１９ｂは、電力に重畳される制御信号を復号及び変調する信号処理機能等を有する信号処理素子４５を有している。回転位置センサ１９ｃは、回路基板４２に搭載された演算素子４６を有している。回路基板４２は、複数本（たとえば、７本）の取付ボルト５３によりケース本体３６の外側面に突出して形成されたボス部３６ｅに固定されている。回路基板４２は、略Ｕ字または略Ｃ字形状に形成されている。
【００５１】
＜モータ＞
モータ１１は、回転子２１と、回転子２１の外周側に回転子２１と対向して配置される固定子２２と、を有している。
【００５２】
回転子２１は、第２空間３４ａ内に配置され、ハブ軸１５に回転自在に支持されている。回転子２１は、たとえば周方向に複数の磁極を有する図示しない磁石と磁石を保持する磁石保持部とを有している。磁石保持部は、ハブ軸方向に間隔を隔てて配置された２つの軸受６６によりハブ軸１５に回転自在に支持されている。
【００５３】
固定子２２は、第２空間３４ａ内で回転子２１の外周側に配置されている。固定子２２は、ケース本体３６の第１円筒部３６ｃの内周面に固定され、周方向に間隔を隔てて配置された図示しない複数（たとえば６つ）のコイルを有している。複数のコイルは、モータ制御回路１９のインバータ回路１９ａの電界効果トランジスタ４４によりスイッチングされた交流により順次励磁され、回転子２１を自転車の進行方向に回転させる。
【００５４】
＜回転伝達機構＞
回転伝達機構２５は、回転子２１の回転を第２ケース部材３４に伝達し、前輪１０６ｆの回転を回転子２１に伝達する。回転伝達機構２５は、遊星歯車機構４８を有している。遊星歯車機構４８は、太陽ギア４８ａと、太陽ギア４８ａの外周側に配置された内歯ギア４８ｂと、太陽ギア４８ａと内歯ギア４８ｂとに噛み合う複数（たとえば３つ）の遊星ギア４８ｃと、を有している。太陽ギア４８ａは、回転子２１に固定されている。内歯ギア４８ｂはケース本体３６に設けられている。複数の遊星ギア４８ｃは、キャリア４８ｄによって回転可能に支持されている。各遊星ギア４８ｃは、歯数の異なる２つの第１および第２のギア部を有する。第１のギア部は、太陽ギア４８ａに噛み合い、第２のギア部は、歯ギア４８ｂに噛み合っている。キャリア４８ｄは、第２ケース部材３４の第２円板部３４ｃの内側面に固定されている。この遊星歯車機構４８では、ケース本体３６に設けられた内歯ギア４８ｂがハブ軸１５に回転不能に固定されるため、回転子２１が連結された太陽ギア４８ａの回転が減速して第２ケース部材３４に伝達される。
【００５５】
＜モータ内蔵ハブの組み込み手順＞
モータ内蔵ハブ１０をフロントフォーク１０３に組み込む際には、フロントフォーク１０３の先端の前爪部１０３ａの装着溝１０３ｂにハブ軸１５を装着する。このときフロントフォーク１０３の先端部をモータ内蔵ハブ１０の第１ケース部材３２のカバー部材３８に凹んだ凹部３２ａに配置することができるので、モータケース１７のフロントフォーク１０３への装着部分間の長さが長くならない。また、凹部３２ａの径方向外方に膨出部３２ｂを設け、膨出部３２ｂ内にモータ制御回路１９を設けるので、モータ制御回路１９を内部に設けてもフロントフォーク１０３への装着部分間のモータ内蔵自転車用ハブの長さが長くならない。このため、既存のハブ取付幅のフロントフォーク１０３に装着可能なモータ内蔵ハブ１０を設計しやすい。
【００５６】
ハブ軸１５を装着溝１０３ｂに装着すると、その両端からナット部材５０を装着するとともに、回り止めワッシャ５４を装着溝１０３ｂに係合させてハブ軸１５を回り止めする。この状態でナット部材５０を締め込むとモータ内蔵ハブ１０がフロントフォーク１０３に固定される。
【００５７】
＜他の実施形態＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００５８】
（ａ）前記実施形態では、ブラシレスＤＣモータを例示したが、コイルが回転するブラシ付きモータにも本発明を適用できる。この場合、回生駆動機能及び周波数変調によりモータを駆動するモータ制御回路を膨出部に設けてもよい。
【００５９】
（ｂ）前記実施形態では、モータ内蔵ハブ１０にハブブレーキ装置の連結構造を設けていないが、連結構造を設けてもよい。たとえば、ローラブレーキのドラム又はディスクブレーキ用のロータを一体回転可能に連結可能な連結構造を第２ボス部３４ｂの外周面に設けてもよい。
【００６０】
（ｃ）前記実施形態では、前輪１０６ｆに装着可能なモータ内蔵ハブ１０を例示したが、本発明はこれに限定されない。たとえば後輪１０６ｒに装着可能なモータ内蔵ハブにも本発明を適用できる。この場合、凹部の形状をチェーンステイとシートステイとの連結部分を受け入れ可能な形状にすればよい。
【００６１】
（ｄ）前記実施形態では、第１ケース部材３２をケース本体３６とカバー部材３８とで構成した。しかし、本発明はこれに限定されず、第１ケース部材を一体で形成してもよい。この場合、一体の第１ケース部材の外側面に凹部と膨出部とが形成される。たとえば、第１ケース部材の内部に別体の隔壁を設けて、第１空間と第２空間とを形成してもよく、前記隔壁を設けない構成としてもよい。
【００６２】
（ｅ）モータ１１の機械的な構成は、上記構成に限定されない。たとえば前記実施形態では、インナーロータのモータであるが、アウターロータのモータであってもよい。
【００６３】
（ｆ）前記実施形態では、回転伝達機構として遊星歯車機構を備えているが、遊星歯車機構を用いず、回転子２１が第２ケース部材３４に直接接続される構成であってもよい。また遊星歯車機構は、回転子２１の回転を減速する構成であればよく、上記の構成に限定されない。
【００６４】
（ｇ）前記実施形態では、アシスト自転車は外装変速機を有する構成であるが、内装変速機を有する構成であってもよく、変速機を備えない構成であってもよく、本システムはあらゆるアシスト自転車に適用することができる。
【００６５】
（ｈ）前記実施形態では、１枚の放熱シート８０が複数の電界効果トランジスタ４４に接触しているが、複数の放熱シート８０を複数の電界効果トランジスタ４４に個別に接触させる構成としてもよい。また放熱シート８０は、電子基板４２に搭載される電界効果トランジスタ４４を除く電子部品にも接触するように設けられてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１０ モータ内蔵ハブ
１５ ハブ軸
１７ モータケース
１９ モータ制御回路
１９ａ インバータ回路
１９ｂ 電力線通信回路
３２ａ 凹部
３２ｂ 膨出部
３２ｃ 第１空間
３４ 第２ケース部材
３４ａ 第２空間
３６ ケース本体
３８ カバー部材
３８ａ 配線接続部
４１ コネクタ
４４ 電界効果トランジスタ（半導体駆動素子の一例）
６３ 気圧調整チューブ（チューブ部材の一例）
８０ 放熱シート（放熱部材の一例）
１０１ フレーム
１０３ フロントフォーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自転車の車輪のハブを構成するモータ内蔵自転車用ハブであって、
ハブ軸と、
フレームを受け入れ可能な凹部を有し、モータを収容するモータケースと、
を備えたモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項２】
前記凹部は、前記自転車の前フレームの一部であるフロントフォークの先端部分を受け入れ可能である、請求項１に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項３】
モータ制御回路をさらに備え、
前記モータケースは、前記凹部を形成し、ハブ軸方向外方に膨出して内部に第１空間が形成される膨出部を有し、
前記モータ制御回路は、前記第１空間内に配置される、請求項１又は２に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項４】
前記モータケースは、前記ハブ軸に回転不能に連結される第１ケース部材と、前記ハブ軸および前記第１ケース部材に回転自在に支持され前記第１ケース部材とで内部に第２空間を形成可能な第２ケース部材とを有し、
前記凹部は、第１ケース部材に設けられる、請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項５】
前記第１ケース部材は、前記ハブ軸に回転不能に連結されかつ前記第２ケース部材を支持するケース本体と、前記凹部を有し、前記ケース本体との間で前記第１空間が形成されるカバー部材と、を有する、請求項４に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項６】
チューブ部材をさらに備え、
前記カバー部材は、前記ケース本体の外方に突出し、前記フロントフォークに沿って配置可能な配線接続部をさらに有し、
前記チューブ部材の一端部は、前記第２空間の一部に配置され、他端部は、前記配線接続部に配置されている、請求項５に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項７】
前記モータ制御回路は、前記モータを駆動するためのインバータ回路を有する、請求項３から６のいずれか１項に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項８】
前記インバータ回路は、半導体駆動素子を有する、請求項７に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項９】
前記膨出部と内側面と前記半導体駆動素子との間に配置され、前記膨出部および前記半導体駆動素子に接触する放熱部材をさらに備える、請求項８に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項１０】
前記モータ制御回路は、電力線通信回路を含み、
前記モータケースには、前記電力線通信回路に電気的に接続される２芯のコネクタが設けられる、請求項３から９のいずれか１項に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項１】
自転車の車輪のハブを構成するモータ内蔵自転車用ハブであって、
ハブ軸と、
フレームを受け入れ可能な凹部を有し、モータを収容するモータケースと、
を備えたモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項２】
前記凹部は、前記自転車の前フレームの一部であるフロントフォークの先端部分を受け入れ可能である、請求項１に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項３】
モータ制御回路をさらに備え、
前記モータケースは、前記凹部を形成し、ハブ軸方向外方に膨出して内部に第１空間が形成される膨出部を有し、
前記モータ制御回路は、前記第１空間内に配置される、請求項１又は２に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項４】
前記モータケースは、前記ハブ軸に回転不能に連結される第１ケース部材と、前記ハブ軸および前記第１ケース部材に回転自在に支持され前記第１ケース部材とで内部に第２空間を形成可能な第２ケース部材とを有し、
前記凹部は、第１ケース部材に設けられる、請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項５】
前記第１ケース部材は、前記ハブ軸に回転不能に連結されかつ前記第２ケース部材を支持するケース本体と、前記凹部を有し、前記ケース本体との間で前記第１空間が形成されるカバー部材と、を有する、請求項４に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項６】
チューブ部材をさらに備え、
前記カバー部材は、前記ケース本体の外方に突出し、前記フロントフォークに沿って配置可能な配線接続部をさらに有し、
前記チューブ部材の一端部は、前記第２空間の一部に配置され、他端部は、前記配線接続部に配置されている、請求項５に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項７】
前記モータ制御回路は、前記モータを駆動するためのインバータ回路を有する、請求項３から６のいずれか１項に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項８】
前記インバータ回路は、半導体駆動素子を有する、請求項７に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項９】
前記膨出部と内側面と前記半導体駆動素子との間に配置され、前記膨出部および前記半導体駆動素子に接触する放熱部材をさらに備える、請求項８に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項１０】
前記モータ制御回路は、電力線通信回路を含み、
前記モータケースには、前記電力線通信回路に電気的に接続される２芯のコネクタが設けられる、請求項３から９のいずれか１項に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２５５８４２（Ｐ２０１１−２５５８４２Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３３８２９（Ｐ２０１０−１３３８２９）
【出願日】平成２２年６月１１日（２０１０．６．１１）
【出願人】（０００００２４３９）株式会社シマノ (1,038)
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１１日（２０１０．６．１１）
【出願人】（０００００２４３９）株式会社シマノ (1,038)
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
【Ｆターム（参考）】
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